Materials Studio 2020版本較之前的Materials Studio 2019版本在產品功能、精度和效率上再一次飛躍。首先，緊跟時代潮流，結合目前的研究熱點，完善和添加新的產品功能，拓展在新型功能材料和能源材料方向的應用，強化對大規(guī)模、高通量計算的支持。其次，增加多種高效、精準的模擬方法，使軟件功能更加強大。此外，進一步優(yōu)化、提升產品的計算效率。該版本迎合時代發(fā)展需求，更適合與傳統(tǒng)實驗結合，改變舊的研發(fā)模式，促進材料領域的跳躍式發(fā)展。
 

Materials Studio 2020 的典型特征：

DMol³模塊新增雜化交換相關泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X, 大幅度提高計算精度。

DMol³模塊支持COOP/COHP (晶體軌道重疊布居/晶體軌道哈密頓布居)的計算，可以研究周期性體系中的局域化學鍵性質。

CASTEP模塊現(xiàn)已支持meta-GGA交換關聯(lián)泛函RSCAN，進一步豐富了交換相關能的處理方法。

CASTEP模塊的幾何優(yōu)化任務(Geometry Optimization)，LBFGS設置成當前默認算法。該方法能加速結構優(yōu)化、收斂速度更快、更適合大體系的計算，而且內存使用是線性標度的，在機器學習各類算法中常見它的身影。

CASTEP模塊使用腳本可調用QC5 ultrasoft OTFG系列贗勢庫，適合大規(guī)模、高通量計算，支持人工智能和機器學習。

ONETEP模塊嵌入了費米算子擴展的退火和淬火算法(AQUA-FOE), 為大尺度金屬體系建模提供了真正的線性標度。

ONETEP模塊除了模守恒贗勢以外，新增了PAW贗勢支持電子激發(fā)態(tài)的TD-DFT的計算。

COMPASS III 力場的引入，加強了對離子液體、聚合物等的支持。

Forcite模塊進行了多項性能方面的改進，性能有很大的提升。

GULP模塊更新到學術版5.2版本，很多性能有進一步的提升。

GULP模塊加入了模擬退火 (Anneal) 功能，方便全局最優(yōu)構型的篩選。

QMERA模塊中，DMol³可以計算拉曼光譜，功能進一步拓展。


Materials Studio 2020 主要模塊的新功能

量子力學模塊

DMol³模塊

• 新雜化交換相關泛函：新增處理交換相關能的雜化泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X, 大幅度提高該模塊的計算精度;
• COOP/COHP功能：添加計算COOP/COHP (晶體軌道重疊布居/晶體軌道哈密頓布居) 的功能，研究周期性體系中的局域化學鍵性質，例如：成鍵態(tài)、反鍵態(tài)。
• 產生與COSMO-RS兼容的文件：DMol³使用特定的參數(shù)設置，能產生與COSMO-RS (the COSMO theory for "Real Solvents") 兼容的COSMO文件( .cosmo)。這個文件可用于COSMO-RS模型預測液體的熱力學性能，例如：純流體和液體混合物的溶解度、活度系數(shù)、相圖、蒸氣壓、汽化熱、相平衡等。

 

CASTEP模塊

• 添加meta-GGA交換相關泛函：現(xiàn)已支持meta-GGA交換相關泛函RSCAN，進一步豐富了交換相關能的處理方法。

 

• 新幾何優(yōu)化默認算法：LBFGS (low-memory BFGS) 成為當前幾何優(yōu)化任務(Geometry Optimization)的默認算法，該方法能加速結構優(yōu)化、收斂速度更快、更適合大體系的計算，而且內存使用是線性標度的，是一種適合機器學習的算法。
• 適合高通量計算的贗勢：使用腳本可調用QC5 ultrasoft OTFG系列贗勢庫，適合大規(guī)模、高通量計算，支持人工智能和機器學習。
• 靜電勢的計算：雜化泛函現(xiàn)已支持靜電勢可視化、功函數(shù)計算。
• 更適應源碼開發(fā)的用戶界面

ONETEP模塊

• AQUA-FOE 方法：ONETEP嵌入了費米算子擴展的退火和淬火算法(AQUA-FOE, Annealing and QUenching Algorithm for Fermi Operator Expansion)，為大尺度金屬體系提供了真正的線性標度模擬。
• 溶劑化模型：實現(xiàn)了帶周期性邊界條件的溶劑化模型計算，以支持在溶劑中對塊體和表面體系的模擬工作。
• 電子激發(fā)態(tài)的TD-DFT計算：除使用模守恒贗勢(norm-conserving pseudopotentials)以外，新增支持使用PAW贗勢完成電子激發(fā)態(tài)的TD-DFT計算。
• 電子局域函數(shù)分析：新增支持電子局域函數(shù) (Electron localization function) 的分析，可以對大體系中的成鍵原理進行可視化研究。
• 局域DOS計算：用戶界面現(xiàn)在支持局域DOS（LDOS）分析和導帶優(yōu)化。LDOS 展示體系中的原子對能量譜的各個部分的電子態(tài)的貢獻。

 

分子力學及動力學模塊

力場

• COMPASSIII力場的引入: 引入了COMPASS III力場，強化了對溶液、離子液體和聚合物的支持，使經典模擬計算有更好的適應性、功能更加強大。COMPASSIII力場可以被多個模塊調用，比如：AmophousCell、ForcitePlus、Blends、Conformers、Sorption以及Adsorption locator。

 

Forcite 模塊

• 性能提升：Forcite進行了多項性能方面的改進，尤其是使用PPPM方法計算靜電。Dynamics現(xiàn)在默認使用多時間步長方法進行Ewald和PPPM計算。

• 質量密度分布：濃度分布分析(Concentration Profile) 現(xiàn)在可以輸出為質量密度分布，單位為g/cm³

• 擴散系數(shù)的分析：均方位移 (MSD) 分析現(xiàn)在可以直接計算擴散系數(shù)以及R^2

 

GULP模塊

• 模擬退火功能：GULP模塊加入了模擬退火(Anneal)功能，方便全局最優(yōu)構型的篩選。
• 力場：MEAM-2nn-QEq庫中包含參數(shù)擴展到Li-Co-O和Ti-O/Si-O體系，適合于鋰電池正極材料
• 代碼更新：GULP 代碼已更新為到學術版5.2版本。

QMERA模塊

• 拉曼光譜：QMERA基于DMol³的計算可以計算拉曼光譜，進一步拓展了功能。
• 計算實現(xiàn)了如下雜化交換相關泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X，提高了模擬體系的量子力學部分的計算精度。

 
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